KEM Konstruktion 09.2017

MASCHINENELEMENTE
KUPPLUNGEN & BREMSEN
Leistungswiderstand – Hidden Champion unten den passiven Bauelementen?
Sichere Widerstände
Leistungswiderstände wandeln überschüssige elektrische Energie in Wärmeenergie um. Bei üblicher Auslegung
erwärmt man die Widerstände an der Oberfläche auf 200 bis 300°C. Bei einer Überlastung würde sich der Widerstand
jedoch stärker erwärmen. Da dies mit einer Brandgefahr für Komponenten in der Umgebung des Widerstands
einhergehen kann, sollen Überlastungen frühzeitig erkannt und vermieden werden. Leistungswiderstände
von Frizlen können daher gegen Überhitzung geschützt werden.
Joachim Klingler, Stellvertretender Vertriebsleiter, Frizlen GmbH u. Co KG in Murr
Leistungswiderstand für Notfall-Anwen -
dungen, z.B. im Einsatz bei Windkraftanlagen
als FRT/LVRT-Widerstand für Energiemengen
im MWs-Bereich
Während sich in vielen
Bereichen der Elektronik
das Hauptaugenmerk auf die Miniaturisierung
und die Reduzierung des Energieverbrauchs richtet
und dadurch Widerstände immer kleiner werden müssen, stehen in
der Leistungselektronik, und damit bei Widerständen die in diesem
Bereich eingesetzt werden, andere Parameter auf den vorderen
Plätzen. So geht es bei diesen Bauteilen um Themen wie Stromtragfähigkeit,
Energieaufnahmevermögen, um mechanische Integration,
um Schutzarten sowie um Themen der Entwärmung. Es geht um
Betriebspunkte, definiert durch unterschiedliche Temperaturarbeitsbereiche,
um Themen wie Eigensicherheit und Absicherung bei
Überlastfällen. Bei Leistungswiderständen sprechen wir von Leistungen,
beginnend ab ca. 10 W, das obere Ende liegt bei einem Megawatt.
Kurzzeit- oder Spitzenleistungen können dabei noch ein Vielfaches
der Dauerleistung betragen. Typische Energieaufnahmevermögen
liegen zwischen einigen 100 W und enden im MW-Bereich.
Welche Einsatzbereiche und welche Branchen sind
damit verbunden?
Ein wichtiges Einsatzgebiet bietet die elektrische Antriebstechnik.
Hier werden Brems- oder Ballastwiderstände für Frequenzumrichter
benötigt, die als mechanischer Bremsenersatz einen wartungsfreien
Betrieb ermöglichen. Dies erfolgt durch gezielten Energieentzug
des geregelten elektrischen Antriebs. Dadurch ist es möglich, an
der Applikation orientierte, präzise geregelte Verzögerungs- und
Bremsrampen zu fahren und so sowohl
verschleißfrei als auch sanft zu
bremsen bzw. zu verzögern. Dies
stellt auch die häufigste Anwendung
für Leistungswiderstände dar. Im Bereich
der Gleichstromantriebe, welche
aktuell wieder in manchen Anwendungen
auf dem Vormarsch sind, werden Leistungswiderstände
zur Anlassstrombegrenzung
sowie zur Momenterhöhung verwendet. Der Maschinenbau
setzt applikationsgetrieben auf sogenannte Not-Aus-
Widerstände um bei Netzausfall oder Not-Halt die Energie
schnellstmöglich aus der Maschine/Anlage zu bekommen damit Personen-
und Sachschäden vermieden werden. In der Leistungselektronik
besteht großer Bedarf an Lade- und Entladewiderständen, an
Symmetrier- und Strombegrenzungswiderständen. Diese werden –
soweit es die Leistungsanforderungen zulassen – teilweise noch als
Platinen-integrierbare Ausführung angeboten. Größere Leistungen
erfordern unter Umständen eine Montage auf Kühlkörpern, die luftund
flüssigkeitsgekühlt sein können. Generell stellt die Wärmeentwicklung
der Leistungswiderstände die Projektingenieure immer
vor die Aufgabe, den Wärmefluss zu steuern, um lokalen Überhitzungen
vorzubeugen. Leistungswiderstände werden in der Regel
auf eine Oberflächenübertemperatur von 300 K ausgelegt. Das bedeutet,
dass man bei der Montage unbedingt die Umgebungsbedingungen
betrachten muss um beispielsweise benachbarte Bauteile,
Kabelkanäle, Leitungen etc. vor Überhitzung zu schützen.
Bild: Frizlen
Anwendungsfeld Energietechnik
Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Energietechnik. Hier werden
Dämpfungs- und Filterwiderstände im Bereich der Nieder- und Mittelspannung
eingesetzt, um beispielsweise die Netzqualität sicherzustellen
oder um bei Erdschlüssen den Strom zu begrenzen. Die
Energieversorger stellen als Aufgabe an die Windenergieanlagenhersteller,
dass bei Ausfall des Versorgungs- und Einspeisenetzes
die Windenergieanlage einige Sekunden weiter laufen muss, um
nach Fehlerbeseitigung sofort wieder Energie ins Netz einspeisen
zu können. Dies erfordert sogenannte FRT oder LVRT-Widerstände,
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